En los últimos años, los científicos han estado estudiando materiales especiales denominados materiales topológicos, prestando especial atención a la forma, es decir, la topología, de sus estructuras electrónicas (bandas electrónicas). Aunque no es visible en el espacio real, su forma inusual en materiales topológicos produce varias propiedades únicas que pueden ser adecuadas para fabricar dispositivos de próxima generación.
Se pensó que para explotar las propiedades físicas topológicas, se necesitaban materiales cristalinos, donde los átomos están muy ordenados y dispuestos en patrones repetitivos. Los materiales en estado amorfo, es decir, en los que los átomos están desordenados y solo se disponen periódicamente en distancias cortas, se consideraron inadecuados para albergar las propiedades físicas sobresalientes de los materiales topológicos.
Ahora, un grupo de investigación colaborativo ha verificado que incluso los materiales amorfos pueden tener estas propiedades especiales. El grupo estuvo dirigido por el profesor asociado Kohei Fujiwara y el profesor Atsushi Tsukazaki del Instituto de Investigación de Materiales (IMR) de la Universidad de Tohoku; El profesor Yasuyuki Kato y el profesor Yukitoshi Motome de la Escuela de Graduados de Ingeniería de la Universidad de Tokio y el profesor asociado Hitoshi Abe en el Instituto de Ciencias Estructurales de Materiales de la Organización de Investigación de Aceleradores de Alta Energía.
Los detalles de sus hallazgos se informaron en la revista Nature Communications el 13 de junio de 2023.
« Descubrimos que el concepto de topología de banda, que se ha discutido principalmente en cristales, también es válido y tecnológicamente útil en estados amorfos », afirmó Fujiwara.
Para hacer su descubrimiento, el equipo realizó experimentos y cálculos de modelos en películas delgadas amorfas de hierro y estaño. Demostraron que, a pesar de una disposición atómica de corto alcance, el material amorfo seguía mostrando los mismos efectos especiales que los materiales cristalinos, en particular el efecto Hall anómalo y el efecto Nernst.
« Los materiales amorfos son más fáciles y económicos de fabricar en comparación con los cristales, por lo que esto abre nuevas posibilidades para desarrollar dispositivos que utilicen estos materiales. Esto podría conducir a avances en la tecnología de detección, que es importante para crear el Internet de las cosas (IoT) donde muchos dispositivos están conectados y se comunican entre sí », añade Fujiwara.
De cara al futuro, el grupo está ansioso por descubrir más materiales amorfos y desarrollar dispositivos innovadores a partir de ellos.